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2006年  第27卷  第3期

光电工程
轻武器光电瞄准具
刘宇, 邝自力
2006, 27(3): 171-176.
摘要:
轻武器瞄准具可提高武器的打击精度和杀伤力,世界各国军队竞相装备。概述了机械瞄准具、光学瞄准具、光电瞄准具和综合瞄准具的工作原理和特点,介绍了目前世界各国装备的机械和传统光学瞄准具、微光夜视瞄准具、新型光电瞄准具、热成像瞄准具和综合光电瞄准具的现状,给出了各类典型光电瞄准具和昼夜简易火控系统的发展状况和参数,指出目前及今后机械瞄准具和光学瞄准具仍然是轻武器装备不可缺少的配置,不同类型光电瞄准具是装备的重点,综合光电瞄准具是轻武器瞄准具以后发展的方向。
理论研究
光码分多址系统中光学相关接收机判决阈值的分析
安晓强, 邱昆, 张崇富
2006, 27(3): 177-182.
摘要:
介绍了光码分多址系统中常用地址码(一维扩时码、二维码和三维码)的特点,并对它们各自的互相关均值和方差进行了理论分析。基于非相干光码分多址系统中光学相关接收机的基本原理,结合不同的用户地址码,对系统误码率性能进行了分析,得到了接收机最佳判决阈值与地址码基本特性参数和系统同时用户数间的关系。最后,给出了数值仿真结果。结果表明,对于采用特定地址码的光码分多址系统,只有选择合适的接收机判决阈值,系统的误码率性能才能达到最佳。研究结果对光码分多址系统中接收机判决阈值的选取具有一定的参考作用。
基于畸变率的图像几何校正
崔洪州, 孔渊, 周起勃, 潘兆鑫, 葛军
2006, 27(3): 183-185.
摘要:
大视场成像光学系统中的畸变会降低图像质量,必须预以校正。提出一种新的校正方法,即根据畸变率的定义推导出畸变校正公式。根据公式,在镜头畸变率已知的情况下可以很容易地校正畸变。对于畸变率未知的情况,给出了建立畸变模型的方法,通过畸变模型可近似计算畸变率。得出通过控制畸变模型中某一个形状的参数可以控制畸变量大小的结论。提出的方法已经在实际工程中采用。实践证明,这种模型可以满足大多数镜头的畸变校正要求。
五角棱镜的光束转向误差对波前测量的影响
常山, 曹益平, 陈永权
2006, 27(3): 186-191.
摘要:
从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手,推导出确定入射光线和棱镜调整的表达式;利用棱镜转动定理建立了五角棱镜的光输出平面波前与其角度制造误差和导轨引起的运动误差之间的关系;并用计算机模拟试验分析了五角棱镜的角度制造误差和导轨引起的运动误差产生的扫描光束转向的波前误差。指出此研究结果有利于五角棱镜的加工和棱镜调整,还有利于大口径望远系统波前检测过程中扫描光束转向的波前误差的修正。
小波阈值去噪法在农药荧光分析中的应用
王玉田, 李艳春
2006, 27(3): 192-194.
摘要:
在农药荧光分析中,最大峰值波长对应的荧光强度的信息直接关系到检测的精度。该文提出用小波变换法对测得的农药荧光光谱进行消噪处理。鉴于软阈值和硬阈值2种方法均存在一定的缺陷,介绍一种新的阈值处理方法——软硬阈值折衷法,并将使用该方法进行小波去噪后的荧光光谱图与用传统模拟低通滤波器去噪后的光谱图进行了比较。结果表明,经小波去噪后的荧光光谱图更多地保留了原信号的信息,有助于提高系统的检测精度。
光学设计
光学系统实现热补偿的通用条件
焦明印
2006, 27(3): 195-197.
摘要:
运用光学系统的近轴成像公式,推导出微分形式的物面位于任意位置时热补偿的通用条件,包括薄单透镜、密接薄透镜组和分离薄透镜组等不同情况。推导过程中假设物面位置不随温度发生变化,并且忽略分离薄透镜组中各组分上光线入射高度随温度的变化。利用推导的条件建立了像距的归一化温度变化率与各透镜光热膨胀系数之间的关系,指出所得到的条件具有更加普遍的意义,能够指导机械和伺服控制系统的工程设计,并且在物面位于无穷远时与目前普遍采用的热补偿条件相吻合,即光学系统的光热膨胀系数等于壳体的热膨胀系数。
OCAD与其他光学设计程序及应用软件的链接和互动
姚多舜, 梅丹阳
2006, 27(3): 198-202.
摘要:
介绍了OCAD(optical CAD)光学设计软件包与国内外其他著名光学设计软件,如美国ORA公司的CodeV,Focus Software公司的Zemax,还有OSLO、LENSVIEW、ASAP和TRACEPRO等,以及国内SOD 88等的链接及互动方法。指出OCAD光学设计软件包本身不仅具有光学设计软件最基本的功能,而且可以利用自身功能界面随时调用上述软件程序为其所用,做到各程序间有效链接,行为互动;OCAD光学设计软件包还可以和文字处理及工作报表等通用程序,如Word和Excel等程序进行链接和互动。针对我国光学设计和光学制图的国家标准,部颁标准及企业标准推出了面向国内的OCAD光学设计软件包。提出目前国内外有关光学设计软件的功能及特点已非常丰富,没必要重复研制内容相同的新软件,只有针对自身的特殊需要研制一些专用应用软件即可。
用OZSAD软件实现复合式变焦凸轮曲线优化设计
许正光, 赵一菲, 宋才良, 梁来顺
2006, 27(3): 203-207.
摘要:
变焦距光学系统凸轮曲线设计是保证光学系统变焦精确、平滑和驱动力均衡的关键。以2运动组元变焦系统的牛顿法变焦推导公式为依据,分析等间隔设计和等角距设计凸轮曲线方法的特点,结合EBA20X10光学镜头设计实例,探讨了结合2者优点实现复合式凸轮曲线优化设计的方法。文中等间距是指变倍透镜组沿光轴的移动量与凸轮转角呈线性关系,凸轮曲线沿圆周展开为直线;等角距是指系统焦距与凸轮转角呈线性关系。最后介绍了可实现3种凸轮曲线辅助设计的软件工具OZSAD V1.2。设计结果表明,该设计方法可以降低凸轮曲线压力角,减少总展开角及加工点对数,还可保证凸轮的设计精度。
一种红外双半波滤光片的设计和制造方法
赵兴梅, 师建涛, 郭鸿香
2006, 27(3): 208-210.
摘要:
针对唐晋发、郑权老师在《应用薄膜光学》一书中介绍的采用低折射率材料做间隔层,用16个λ/4层完成红外双半波滤光片的设计方法制作的薄膜易发生断裂,该文给出该膜系另一种设计计算方法,即采用高折射率材料做间隔层,用12个λ/4完成膜系设计。与前者相比,该方法节省了材料和时间。同时给出了镀制该膜系的工艺要点,并对镀膜过程中的初始真空度、蒸镀温度和2种材料的蒸发速率做了说明。指出在该工艺实施过程中,首先使用离子源对基底进行活化轰击,然后在蒸镀硫化锌和锗的过程中用离子源进行辅助蒸镀,可得到非常牢固的膜层。
微光技术
三代像增强器用微通道板的改进与发展
潘京生
2006, 27(3): 211-215.
摘要:
简要说明了三代像增强器的特点,分析了微通道板的离子反馈形成机理,给出有效抑制离子反馈对光阴极造成伤害的2种方法,即一种是减少和清除微通道板的吸附气体,另一种是阻止反馈离子反馈到光阴极上。介绍了国外最新的三代像增强器,以及使用优化改进的高性能微通道板显著减薄甚至彻底去除微通道板离子反馈膜的方法,该方法能维持砷化镓光阴极足够长的工作寿命,还介绍了最新发展的体导电微通道板和硅微通道板。指出高可靠性无膜选通砷化镓像增强器技术的实现,不仅需要微通道板在抑制离子反馈方面取得突破,还需要砷化镓光阴极在耐受离子反馈能力上进一步提高,同时还要结合和拓展选通电源的应用。
激光技术
煤质特性对激光等离子体的影响
陈文, 陆继东, 余亮英, 黄来, 谢承利, 李捷
2006, 27(3): 216-219.
摘要:
为研究煤质特性对激光等离子体的影响,选取8种代表性煤样为实验对象,首先对煤样进行了元素分析和工业分析,并通过实验研究激光与不同煤样之间的相互作用,分析了水分、灰分等对激光等离子体的影响。试验结果表明,煤化程度不同的煤呈现出不同的等离子体时间谱;在等离子体形成的初期,时间谱均呈上升趋势(<1μs),随着等离子体信号的衰减,曲线呈单调下降趋势(约1μs后),煤化程度高的煤种在激光作用约2μs之后发生二次电离;在相同实验条件下,不同煤种的等离子体温度不同,煤化程度越高等离子体温度越高。
飞秒被动锁模环形腔掺Er3+光纤激光器
赵德双, 刘永智, 王秉中, 张长命, 黄绣江
2006, 27(3): 220-224.
摘要:
在考虑增益、损耗、群速度色散、自相位调制、快速可饱和吸收体等各种参数同时作用情况下,分析了非线性偏振旋转效应自启动锁模机理,研究了腔体参数与锁模脉冲之间的关系,并给出飞秒被动锁模环形腔掺Er3+光纤激光器实验原理。实验采用性能稳定的980nm半导体激光器作为抽运源,高掺杂短长度掺Er3+光纤作为增益介质,利用非线性偏振旋转锁模技术,得到了稳定的飞秒自起振锁模光脉冲。抽运功率为23mW时,激光器输出锁模脉冲中心波长1552nm,3dB带宽为7.6nm,重复频率14.0MHz,平均输出功率0.43mW,自起振锁模泵浦阈值功率11.5mW,并观测到了稳定的高阶锁模脉冲输出。该激光器与报道过的相同结构光纤激光器相比,自起振泵浦阈值低、脉冲能量高、稳定性好,且频谱边带幅度小。
半桥零电流准谐振CO2激光器开关电源数学模型的构建
潘普丰, 侯蓝田, 田岩涛, 李欣欣
2006, 27(3): 225-227.
摘要:
分析了半桥零电流(ZCS)准谐振CO2激光器电源的工作原理和电路结构,构建了其数学模型。采用编写的MATLAB程序对所建模型进行了仿真,验证了该数学模型的合理性。该数学模型为半桥ZCS准谐振激光器电源的参数设计提供了依据,具有一定的实用价值。
光纤技术
一种测量温度和流速的光纤光栅传感器
禹大宽, 乔学光, 贾振安, 王敏
2006, 27(3): 228-231.
摘要:
提出一种基于铝片的测量温度和流速的光纤布喇格光栅(FBG)传感器。采用一种耐高温胶将光纤布喇格光栅封装在一小铝片上,经过高温固化处理,可保持光纤光栅传感器的稳定性。通过-20℃~100℃温度实验,得到该传感器的温度灵敏度系数为0.0392nm/℃,是封装前的3.5倍,且传感器温度响应保持了很好的线性和重复性。从水温14.5℃时的流速实验中得到水流速在0~20m/s范围变化时,FBG峰值波长漂移了0.13nm,验证了此光纤光栅传感器测量流速的可行性。试验结果表明,该传感器既可以作为温度传感器,又可以作为流量传感器,并且制作简单,成本较低。
色散补偿和色散位移光纤实现光脉冲压缩
杨晓萍, 王云才, 周希坚
2006, 27(3): 232-234.
摘要:
根据超短光脉冲在光纤中传输的非线性薛定谔方程,模拟了不同色散参量情况下色散补偿和色散位移光纤对增益开关半导体激光器产生的光脉冲的压缩,给出了光脉冲在经过色散补偿光纤前后的啁啾曲线。结果表明,使用色散参量D分别为-150,-180和-20ps/(nm·km)的色散补偿光纤可以实现其他脉冲压缩方法的压缩效果,最大压缩因子达到6.09,但色散参量越大,所需光纤长度就越短。此外,脉冲经过色散补偿光纤后线性啁啾几乎为零。还利用色散位移光纤对脉冲进行孤子压缩,脉冲宽度由最初的45ps减小到1.23ps。指出采用这2种光纤相结合的方法可以对光脉冲实现高效压缩。
可分离温度影响的FBG应变测量方法
刘汉平, 王健刚, 杨田林, 陈冰泉
2006, 27(3): 235-238.
摘要:
光纤布拉格光栅在通信和传感领域具有广泛的应用。利用光纤布拉格光栅中心波长的偏移,可以测量温度和应变等多种物理量,但必须解决光栅对温度和应变的交叉敏感问题。该文简要分析了光纤光栅作为传感器的基本原理及其优点,设计了利用参考光栅法分离温度影响以及利用掺铒光纤的自发发射放大特性分离温度影响的2种应变测量方法。最后,介绍了一种利用倾斜光纤光栅的主模和边模对布拉格光栅中心波长的偏移进行解调的方法,该方法成功地分离了温度对应变测量的影响。
光学材料
光折变聚合物材料在光电子技术中的应用
刘建静, 郝伟, 刘锴, 唐保军
2006, 27(3): 239-241.
摘要:
光折变聚合物材料与光折变晶体相比,其非线性光学系数大,响应时间快,成本低廉,制备灵活,有可能成为制作光子学集成器件的材料。简要介绍了光折变聚合物材料在图像识别、光信息存储及光学相干层析技术等方面的应用情况,指出光折变聚合物材料中存在光子带隙。最后预测了光折变聚合物材料作为光子晶体在光子学器件中的应用前景。
计量测试
纳米计量与原子光刻技术分析
张文涛, 李同保
2006, 27(3): 242-245.
摘要:
为了说明原子光刻(Atom Lithography)在纳米计量及传递作用中的特殊地位,首先对纳米计量标准及其现状进行了简要介绍,提出纳米计量中原子光刻的基本概念和优势,结合原子光刻实验装置对原子光刻技术的工作机理进行了分析。结果表明,可以通过原子光刻技术得到纳米量级刻印条纹,为纳米计量及标准传递提供更加精确的手段。最后对常见的2种原子光刻技术——沉积型原子光刻和虚狭缝型原子光刻进行了阐述,指出2者的不同之处,为不同条件下原子光刻提供了一定的借鉴。
红外热像仪参数的双黑体测量装置
胡铁力, 李旭东, 傅建明, 薛战理, 岳文龙
2006, 27(3): 246-249.
摘要:
对红外热像仪参数双黑体测量装置的工作原理进行了介绍。装置采用双黑体及反射型靶标为温差辐射源,可实现黑体温度温差准直辐射的定期校准和红外热像仪参数测量量值的溯源,也可实现红外热像仪参数的可控性,以及对它进行稳定的、可复现的精确测量。推导出利用红外热像仪参数双黑体测量装置测量信号传递函数SiTF数学模型,分析了红外热像仪参数测量装置的客观因素——仪器常数,针对仪器常数对SiTF测量的影响进行了试验。试验结果表明,仪器常数对红外热像仪SiTF参数测量精度影响较大,并同时影响时域与空域NETD及3D噪声的准确测量。
用迈克尔逊干涉仪测量全息干板膜厚度
蒋礼, 罗少轩, 阳艳, 杨科灵
2006, 27(3): 250-253.
摘要:
全息干板膜的厚度是全息干板的重要参数之一。使用迈克尔逊干涉仪和白光光源对2种全息干板膜厚度进行测量,并对测量结果误差进行分析,给出了测量误差与膜厚及折射率之间的关系以及此方法的适用范围。研究结果表明:在膜厚从8μm增至41μm的过程中,测量结果的绝对误差≤2μm且变化很小,相对误差则从14.1%降到了2.2%。随着膜厚的增加,相对误差明显降低;折射率n也参与了误差传递,其值与测量误差呈类似反比关系;当n值在1.5附近时,为保证测量的准确性,所测膜厚≥40μm。最后指出,迈克尔逊干涉仪在测量全息干板膜等较厚的薄膜时,具有测量范围大,结果较准确等优点。
MathCAD在椭圆偏振仪测定薄膜光学常数中的应用
王学华, 薛亦渝, 曹宏
2006, 27(3): 254-257.
摘要:
薄膜光学常数决定薄膜的光学性能。通过对椭圆偏振仪测试原理的分析,得到求解薄膜光学常数超越方程的数值算法简化公式,并利用MathCAD的“Solve Block”模块开发了基于Windows系统的椭圆偏振测量薄膜光学常数的计算程序,该程序可用于单层有吸收薄膜或无吸收薄膜折射率和厚度的计算。实际应用结果表明,该计算具有数值准确、精度高、运算速度快、适应性好,对系统无特殊要求等优点,可用于薄膜制备过程的在线检测。